미니 프로젝트: Headless Service와 StatefulSet (MySQL 스타일 동작)

Source: Dev.to

🎯 목표

끝까지 보면 분명히 알 수 있습니다:

• ClusterIP가 pod ID를 숨기는 이유
• Headless Service가 pod ID를 노출하는 이유
• StatefulSet + Headless Service가 pod당 안정적인 DNS를 제공하는 방법 (데이터베이스에 필요한 마법)

🧠 정신 모델 (염두에 두세요)

🧩 프로젝트 구조

headless-demo/
├── mysql-headless.yaml
├── mysql-statefulset.yaml
└── dns-test.yaml

1️⃣ Headless Service (NO ClusterIP)

File: mysql-headless.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-headless
spec:
  clusterIP: None            # 👈 THIS MAKES IT HEADLESS
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306

중요:

• 가상 IP가 생성되지 않습니다.
• DNS가 파드 IP들을 반환합니다.

2️⃣ StatefulSet (stable pod identity)

File: mysql-statefulset.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql-headless   # 👈 REQUIRED
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8.0
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              value: root
          ports:
            - containerPort: 3306

StatefulSet이 보장하는 것

mysql-0
mysql-1
mysql-2

• 이름은 절대 변경되지 않음
• 정체성은 안정적

3️⃣ DNS 테스트 포드 (동작 관찰용)

파일: dns-test.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-test
spec:
  containers:
    - name: dns
      image: busybox:1.28
      command: ["sleep", "3600"]

4️⃣ 모든 것을 적용하기 (순서가 중요합니다)

kubectl apply -f mysql-headless.yaml
kubectl apply -f mysql-statefulset.yaml
kubectl apply -f dns-test.yaml

파드가 준비될 때까지 기다립니다:

kubectl get pods

다음과 같이 표시됩니다:

mysql-0   Running
mysql-1   Running
mysql-2   Running
dns-test  Running

5️⃣ 🔥 가장 중요한 부분 — DNS 동작

테스트 파드 진입

kubectl exec -it dns-test -- sh

headless 서비스의 DNS 조회

nslookup mysql-headless

결과 – 파드당 하나씩 여러 IP

Address: 10.244.0.12
Address: 10.244.0.13
Address: 10.244.0.14

이것은 DNS 라운드‑로빈입니다.

개별 파드의 DNS 조회 (핵심)

nslookup mysql-0.mysql-headless
nslookup mysql-1.mysql-headless
nslookup mysql-2.mysql-headless

각 명령은 특정 파드 IP로 해석됩니다 – 일반 ClusterIP 서비스가 절대 할 수 없는 일입니다.

6️⃣ 데이터베이스가 필요한 이유

• Writes → mysql-0.mysql-headless (안정적인 프라이머리)
• Reads → 레플리카들
• Replication → 안정적인 대상

불가능 Deployment + ClusterIP와 함께 사용할 경우 서비스가 파드 아이덴티티를 숨기기 때문입니다.

7️⃣ 시각적 직관 (무슨 일이 일어나고 있나요)

8️⃣ One‑line interview answer (remember this)

“헤드리스 서비스는 가상 IP를 제거하고 DNS를 통해 파드 ID를 노출합니다. StatefulSet과 결합하면 데이터베이스 및 리더‑팔로워 아키텍처에 필요한 파드당 안정적인 DNS 이름을 제공합니다.”

🔥 동일한 앱, 두 서비스

🟦 사례 1 — ClusterIP 서비스 (기본 동작)

YAML (일반 서비스)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-clusterip
spec:
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306

Kubernetes가 수행하는 작업

• 하나의 가상 IP 생성
• 모든 pod IP 숨김
• kube-proxy가 트래픽을 로드밸런싱

클러스터 내부 DNS 동작

nslookup mysql-clusterip

Name:    mysql-clusterip
Address: 10.96.120.15    mysql-0
   +--> mysql-1
   +--> mysql-2

Kubernetes가 각 요청을 어느 pod에 전달할지 결정합니다.

❌ 데이터베이스가 깨지는 이유

쓰기 작업이 어떤 복제본(예: mysql-2)에 도착하면, 기본(primary)에서는 이를 확인하지 못해 일관성과 복제가 깨집니다. 안정적인 pod DNS를 가진 헤드리스 서비스는 이 문제를 피할 수 있습니다.

❌ 문제: 로그인 실패

- Login request → mysql-0 (no data)
- ❌ login fails

왜?
쓰기와 읽기 트래픽이 다른 파드에 도달합니다. 파드 정체성이 숨겨져 있어 트래픽을 항상 mysql-0으로 강제할 수 없습니다.

ClusterIP는 무상태 친화적이지만 상태 저장에 적대적입니다.

🟨 CASE 2 — Headless Service (NO CLUSTER IP)

우리는 Service 정의에서 한 줄만 변경합니다.

YAML (headless service)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-headless
spec:
  clusterIP: None   # 👈 THIS IS EVERYTHING
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306

🔍 DNS behavior (key difference)

포드 내부에서:

nslookup mysql-headless

Result

Address: 10.244.0.10   (mysql-0)
Address: 10.244.0.11   (mysql-1)
Address: 10.244.0.12   (mysql-2)

• ⚠️ 가상 IP가 없습니다.
• ⚠️ DNS가 포드 IP를 직접 반환합니다 – DNS 라운드‑로빈이며, kube‑proxy 로드 밸런싱이 아닙니다.

🧠 Still not enough alone (important)

If you stop here and use just mysql-headless, your app may still hit different pods because DNS answers rotate.
Headless alone is not the full solution.

🟩 STATEFULSET을 도입하세요 (빠진 조각)

StatefulSet은 안정적인 pod 이름을 보장합니다:

mysql-0
mysql-1
mysql-2

Kubernetes는 각 pod에 대해 DNS 레코드를 자동으로 생성합니다:

mysql-0.mysql-headless
mysql-1.mysql-headless
mysql-2.mysql-headless

🔥 바로 이해되는 순간

쓰기 트래픽

mysql-0.mysql-headless

읽기 트래픽

mysql-1.mysql-headless
mysql-2.mysql-headless

추측이 없습니다. 무작위도 없습니다.

📊 SIDE‑BY‑SIDE SUMMARY (MEMORIZE THIS)

🧪 왜 dns-test pod를 사용했는가

노트북에서 “DNS를 볼” 수 없습니다.
pod를 생성해서 다음을 실행합니다:

nslookup 

이것이 SRE가 실제 프로덕션 이슈를 디버깅하는 방법입니다.

🎯 한 줄 인터뷰 답변 (중요)

“ClusterIP 서비스는 파드의 정체성을 숨기고 트래픽을 로드밸런싱하므로 데이터베이스에 적합하지 않습니다.
Headless 서비스는 DNS를 통해 파드 IP를 노출하고, StatefulSet과 결합될 때 상태 저장 워크로드에 필요한 안정적인 파드별 DNS를 제공합니다.”

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